JPH06349519A - Bipolar lead storage battery - Google Patents

Bipolar lead storage battery

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JPH06349519A
JPH06349519A JP6020213A JP2021394A JPH06349519A JP H06349519 A JPH06349519 A JP H06349519A JP 6020213 A JP6020213 A JP 6020213A JP 2021394 A JP2021394 A JP 2021394A JP H06349519 A JPH06349519 A JP H06349519A
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JP
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bipolar
active material
lead
acid battery
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JP6020213A
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Japanese (ja)
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Purushothama Rao
ラオ プルショザマ
Jing-Yih Cherng
チェルン ジン−イー
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GNB Inc
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GNB Battery Technologies Inc
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Abstract

PURPOSE: To practically facilitate the design, and improve reliability by forming a multilayer metallic base material of a member selected from a group, respectively composed of a specific metals. CONSTITUTION: A conductive base material 12 used for a bipolar plate 16 contains a multi-layer metallic base material, and the C/A side of the multi-layer metallic base material contacts with a positive electrode active material 14, and the B/D side contacts with a negative electrode active material 22. The proper multi-layer metallic base material is obtained by electroplating. An outside layer D is a member selected from a group, composed of pure lead or tin and a lead alloy, and an outside layer C is a member composed of an oxide of lead, lead alloy, conductive tin, titanium or ruthenium. B layer is a member, composed of copper or tin, and A is a member selected from a group composed of a group composed of titanium and tin. The C layer has a sticking positive electrode active material, and the D layer has a sticking negative electrode active material. Here, a thickness of the C layer is regulated by the required effective service life, and when the above metal is used for the A layer and the B layer, design is practically facilitated, and reliability is enhanced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は鉛蓄電池、より詳しく
は、バイポーラ鉛蓄電池に関係する。FIELD OF THE INVENTION This invention relates to lead acid batteries, and more particularly to bipolar lead acid batteries.

【０００２】[0002]

【従来の技術】鉛蓄電池と電槽はかなりの長い間知られ
ており、各種の多様な用途に商業的に使用されている。
このような用途は自動車、トラック、その他の車両の始
動、照明、点火の用途（しばしば「ＳＬＩ電池」と称さ
れる）から、船舶やゴルフカート、さらに種々の定置式
の起動力源の用途（ときどき「産業用電池」と称され
る）まである。Lead acid batteries and battery cases have been known for quite some time and have been used commercially in a variety of different applications.
Such applications range from automotive, truck, and other vehicle starting, lighting, and ignition applications (often referred to as "SLI batteries") to ships and golf carts, as well as various stationary power source applications ( Sometimes called "industrial batteries").

【０００３】鉛と酸の電気化学系は信頼性のあるエネル
ギー源を提供しており、得られる電池は高品質の規格を
有して自動化された製造に適する。しかしながら、液入
(flooded) 、シール型、電解質吸収型鉛蓄電池のいずれ
もエネルギーと電力の密度が低いといった大きな欠点が
ある。液入り又はシール型の鉛蓄電池装置において、信
頼性があり、同時に高いエネルギーと電力の密度を達成
するエネルギー源を提供することが長い間求められてい
る。The lead and acid electrochemical system provides a reliable source of energy and the resulting battery has high quality specifications and is suitable for automated manufacturing. However,
(Flooded), sealed type, and electrolyte absorption type lead-acid batteries all have major drawbacks such as low energy and power density. In liquid-filled or sealed lead-acid battery devices, there is a long-felt need to provide an energy source that is reliable and at the same time achieves high energy and power densities.

【０００４】１つの例として、理想的なバイポーラ電池
（即ち、或る様式の正極プレートと負極プレートが同じ
導電性の格子又は基材を共有する）は２０時間において
約３５〜６５Ｗｈ／ｋｇで９０〜１６０Ｗｈ／リット
ル、一方、準バイポーラ鉛蓄電池（即ち、同じ格子又は
基材を共有しないが、正極プレートと負極プレートはMc
Dowallらの米国特許第4209575 号にしめされるように複
式接続で接続する）では約３５〜４７Ｗｈ／ｋｇで５０
〜６６Ｗｈ／リットルである。電力密度可能出力に関し
て、理想的なバイポーラ電池は約１．３〜６．０ＫＷ／
ｋｇで３．２〜１４ＫＷ／リットル、準バイポーラ電池
では約０．９ＫＷ／ｋｇで１．２ＫＷ／リットルが提供
できるはずである。理想的なバイポーラ電池と従来の鉛
蓄電池の間の電力とエネルギーの密度の可能出力の相違
はさらに大きいことがある。また、バイポーラ鉛蓄電池
の、従来の鉛蓄電池に比較した固有の均一な電流分布特
性は、活物質利用と電池のサイクル寿命の全体の向上に
なるはずである。As one example, an ideal bipolar battery (ie, some styles of positive and negative plates share the same conductive grid or substrate) at 20-hours at about 35-65 Wh / kg. ~ 160 Wh / liter, on the other hand, a quasi-bipolar lead-acid battery (ie it does not share the same grid or substrate but the positive and negative plates are Mc
Dowall et al., US Pat. No. 4,209,575, with multiple connections to connect) at about 35-47 Wh / kg 50.
~ 66 Wh / liter. In terms of power density possible output, an ideal bipolar battery is about 1.3-6.0KW /
It should be possible to provide 3.2 to 14 KW / liter for kg, and 1.2 KW / liter for quasi-bipolar battery at about 0.9 KW / kg. The difference in power and energy density possible output between an ideal bipolar battery and a conventional lead acid battery may be even greater. Also, the unique uniform current distribution characteristics of bipolar lead acid batteries compared to conventional lead acid batteries should improve overall utilization of active material and overall battery cycle life.

【０００５】これらの理由のため、過去２０年にわたり
かなりの努力がバイポーラ設計における鉛蓄電池と他の
電気化学系の開発に向けられてきた。Poe らの米国特許
第3728158 号は、いくつかの電槽を電池の側面にそった
ガス抜きマニホールドに個々にガス抜きする低シルエッ
トのバイポーラ電極電池のスタックを開示している。Sh
ropshireらの米国特許第4125680 号は、最初に薄い導電
性の炭素−プラスチックシートを特定の炭素とプラスチ
ックの混合物を加熱して成形し、次いでシートの周りに
誘電体プラスチック材料のフレームを形成し、得られる
構造体を液密性にするためにフレームをシートに対して
シールすることにより作成した複数のバイポーラ炭素−
プラスチック電極構造体を開示している。For these reasons, considerable effort over the last two decades has been devoted to the development of lead acid batteries and other electrochemical systems in bipolar designs. U.S. Pat. No. 3,728,158 to Poe et al. Discloses a stack of low silhouette bipolar electrode cells in which several cells are individually vented to a venting manifold along the sides of the cell. Sh
U.S. Pat.No. 4,125,680 to ropshire et al. first forms a thin, electrically conductive carbon-plastic sheet by heating a specific carbon and plastic mixture, and then forms a frame of dielectric plastic material around the sheet, A plurality of bipolar carbons made by sealing the frame to the sheet to make the resulting structure liquid tight.
A plastic electrode structure is disclosed.

【０００６】Morrisらの米国特許第4964878 号は、１つ
のスタックの特定の位置の正極プレートを正極プレート
と負極プレートの共通基材によって隣接したスタックの
同じ相対位置で負極プレートに接続するといった仕方で
プレートのスタックを組み立てることを含む組み換え式
鉛蓄電池の製造方法を開示している。Gloughらの米国特
許第5068160 号はプレートのアセンブリー、スペーサー
部材、互いに接合させる熱可塑ポリマーフレーム部品を
開示している。Morris et al., US Pat. No. 4,964,878, connects a positive plate at a particular location in one stack to a negative plate at the same relative location in adjacent stacks by a common substrate for the positive and negative plates. Disclosed is a method of making a recombinant lead acid battery that includes assembling a stack of plates. U.S. Pat. No. 5,068,160 to Glough et al. Discloses an assembly of plates, spacer members, and thermoplastic polymer frame components that are joined together.

【０００７】さらにまた、Rowletteらの米国特許第4542
082 号は、バイポーラプレートを提供するための種々の
取り組みを開示している。より詳しくは、バイポーラプ
レートを利用する殆どの電池は鉛又は鉛合金のような金
属基材を使用していると記している。そのような取り組
みについての問題を明らかにした後、Rowletteは適切な
電池重量と有効寿命を同時に達成すべきであれば別な取
り組みをしなければならないと述べている。Rowletteが
確認した別な取り組みは、炭素やグラファイトや金属の
ような導電性粒子又はフィラメントをポリスチレンのよ
うな樹脂バインダー中に分散させて金属やグラファイト
粉末を均一混合することにより形成したプレート（米国
特許第3202545 号）、基材を強化するための非導電性フ
ァイバーであって短い接触性鉛ファイバーと混合した電
池活ペーストを運ぶ開口部を有するポリ塩化ビニルのプ
ラスチックフレーム（米国特許第3466193 号）、亜鉛の
層及びプレートの導電性のためにアセチレンブラックと
グラファイト粒子を混合したポリイソブチレンの層を有
するバイプレート（米国特許第3565694 号）、高分子物
質と蠕虫状エキスパンドグラファイトを含むバイポーラ
プレートのための基材（米国特許第3573122 号）、電池
ペーストで満たした全体が鉛の格子を有する剛直なポリ
マーフレーム（米国特許第3738871 号）、向かい側の面
に鉛ストリップを有するプラスチックの薄い基材であっ
て鉛ストリップは基材の開口部を通って内部接続され、
プラスチック保持ストリップで保持された基材（米国特
許第3891412 号）、微粉砕したガラス質炭素を充填した
熱可塑物質の基材、活物質を付着させるために基材に接
合した鉛アンチモン箔の層を有するバイプレート（米国
特許第4098967 号）を含む。Furthermore, US Pat. No. 4,542, to Rowlette et al.
082 discloses various efforts to provide bipolar plates. More specifically, it is noted that most batteries that utilize bipolar plates use metal substrates such as lead or lead alloys. After clarifying the issues with such efforts, Rowlette said that if he were to achieve adequate battery weight and useful life at the same time, he would have to do something different. Another approach identified by Rowlette is a plate formed by dispersing conductive particles or filaments such as carbon, graphite or metal in a resin binder such as polystyrene and uniformly mixing the metal or graphite powder (US Patent No. 3202545), a polyvinyl chloride plastic frame (US Pat. No. 3466193) having openings for carrying the battery-active paste mixed with short contact lead fibers for reinforcing the substrate. Biplate with a layer of zinc and a layer of polyisobutylene mixed with graphite particles with acetylene black for the conductivity of the plate (US Pat. No. 3,565,694), for a bipolar plate containing polymeric material and worm-like expanded graphite Base material (US Pat. No. 3,573,122), all filled with battery paste A rigid polymer frame whose body has a lead grid (US Pat. No. 3738871), a thin plastic substrate with a lead strip on the opposite side, the lead strip being interconnected through an opening in the substrate,
Substrate retained by plastic retaining strip (US Pat. No. 3891412), finely divided glassy carbon filled thermoplastic substrate, layer of lead antimony foil bonded to the substrate to attach active material Including a biplate (US Pat. No. 4098967).

【０００８】さらにRowletteは米国特許第4275130 号に
言及しており、この特許では、バイポーラプレート構造
は、ランダムに配向した導電性グラファイト、炭素、又
は金属繊維を鉛メッキした表面を有する樹脂マトリック
ス中に埋封した薄い複合材料を含む。さらにまた、Rowl
etteの係属中の出願に言及しており、グラファイト粉末
を含むエポキシ樹脂の層で被覆したチタンのシートでバ
イプレートを作成している。Rowlette further refers to US Pat. No. 4,275,130, which discloses a bipolar plate structure in a resin matrix having a lead-plated surface of randomly oriented conductive graphite, carbon, or metal fibers. Includes embedded thin composite material. Furthermore, Rowl
Reference is made to ette's pending application, in which a biplate is made of a sheet of titanium coated with a layer of epoxy resin containing graphite powder.

【０００９】Rowletteらの米国特許第4542082 号におい
て、バイポーラプレートは、第１の表面から第２の表面
に伸びる複数の間隔を開けた導体を含む樹脂材料の連続
シートから形成すると記載されている。導体は、各々の
表面が向き合った導体の端部を囲む樹脂の間から液体が
通らないような仕方で樹脂のシートの中にシールして収
める。In US Pat. No. 4,542,082 to Rowlette et al., A bipolar plate is described as being formed from a continuous sheet of resin material containing a plurality of spaced apart conductors extending from a first surface to a second surface. The conductors are sealed and housed in a sheet of resin in such a way that liquid does not pass through between the resins surrounding the ends of the conductors, each surface facing each other.

【００１０】バイポーラ電気化学プレートのさらに別の
例がYet らの米国特許第4637970 号、同第4683648 号に
示されている。記載のバイポーラ電極は、チタンからな
るコア部分、及びコア部分の少なくとも１表面に電気メ
ッキしてコア部分の中に選択の距離で拡散した一体の実
質的に連続な非多孔質の鉛の層を含む。ここで、バイポ
ーラ電池と電槽を用いてかなりの長所が達成でき、また
少なくとも過去２０年にわたってこのタイプの電池にか
なりな量の研究と関心が注がれたにもかかわらず、バイ
ポーラ鉛蓄電池は主に将来有望な実験室的興味に留まっ
ているように思われる。バイポーラ鉛蓄電池が非常に有
益であろう広範な用途（例、ＳＬＩ、電気車両、ハイブ
リッド電気車両）は、要求されるプレートのサイズのた
めに容易に達成できない容量を必要としている。このよ
うに、所望の容量を有ながら限られた空間の要請を満た
すことができるバイポーラの設計をすることは極めて難
しい。強度と耐蝕性を満足することができる導電性金属
基材の提供もまた解決が難しい問題のように思われる。
満足できるペーストの付着性とガス抜きの達成もまた難
しい課題であることが分かっている。過去において、隣
接したバイプレートと電槽の間の信頼性のある電解質フ
リーシール化手段は難しいことが分かっており、１つの
課題である。このように、高い電気化学的性能を達成す
ることができ、従来技術で明らかにされた種々の問題を
信頼性のある方法で対処することができるバイポーラ電
池への要求が依然として存在している。Yet another example of a bipolar electrochemical plate is shown in Yet et al., US Pat. Nos. 4,637,970 and 4,683,648. The described bipolar electrode comprises a core portion made of titanium and an integral, substantially continuous, non-porous lead layer electroplated onto at least one surface of the core portion and diffused into the core portion at a selected distance. Including. Here, despite the considerable advantages that can be achieved with bipolar batteries and battery cases, and the considerable amount of research and attention devoted to this type of battery over the last two decades, bipolar lead acid batteries It seems to remain mostly of promising laboratory interest. A wide range of applications where bipolar lead acid batteries would be very beneficial (eg SLI, electric vehicles, hybrid electric vehicles) require capacities that are not easily achievable due to the required plate size. As described above, it is extremely difficult to design a bipolar device that can satisfy the demand for a limited space while having a desired capacity. Providing a conductive metal substrate capable of satisfying strength and corrosion resistance also seems to be a difficult problem to solve.
Achieving satisfactory paste adhesion and degassing has also proved to be difficult challenges. In the past, reliable electrolyte-free sealing means between adjacent biplate and battery case has proved difficult, which is one problem. Thus, there is still a need for bipolar batteries that can achieve high electrochemical performance and that can reliably address the various problems identified in the prior art.

【００１１】したがって、本発明の基本的な目的は信頼
性があって実用的なバイポーラ鉛蓄電池の提供である。
本発明のもう１つの目的は、プレートのサイズを大きく
する必要なく容量の増加の容易性を可能にする設計のバ
イポーラ電池基準寸法の提供である。本発明のもう１つ
の目的は、高性能の活物質の利用と改良されたサイクル
寿命を特徴とするバイポーラ電池の提供である。Therefore, the basic object of the present invention is to provide a reliable and practical bipolar lead acid battery.
Another object of the present invention is to provide a bipolar battery metric of a design that allows ease of capacity increase without having to increase plate size. Another object of the invention is to provide a bipolar battery characterized by the utilization of high performance active materials and improved cycle life.

【００１２】本発明のもう１つの目的は、導電性金属基
材を採用するバイポーラ電池の提供である。本発明のも
う１つの目的は、高いペースト付着性を有するバイポー
ラ電池の提供である。さらにもう１つの目的は、所望の
ガス抜き能力を有するバイポーラ電池の提供である。Another object of the present invention is to provide a bipolar battery which employs a conductive metal substrate. Another object of the invention is to provide a bipolar battery with high paste adhesion. Yet another object is to provide a bipolar battery with the desired degassing capacity.

【００１３】本発明のこれら及びこの他の目的と長所は
次の説明と図面より明らかになるであろう。These and other objects and advantages of the present invention will be apparent from the following description and drawings.

【００１４】[0014]

【課題を解決するための手段及び作用効果】本発明の１
つの面にしたがうと、中央の負極バイプレート又は正極
バイプレートを利用することにより、高い容量を有する
バイポーラ鉛蓄電池が提供される。この様式において、
容量はプレートのサイズを大きくせずに増加させること
ができる。Means and Solutions for Solving the Problems
According to one aspect, the use of a central negative or positive biplate provides a bipolar lead acid battery with high capacity. In this style,
Capacity can be increased without increasing plate size.

【００１５】本発明のもう１つの面は、バイポーラ電池
のための新規な導電性金属基材の使用を含む。この新規
な基材は、適切に長いサイクル寿命と有効寿命に必要な
耐蝕性を提供しながら、必要な強度と剛性を保有する。
さらにもう１つの面は、多層の正極活物質の使用を含
む。このような使用は特定の用途への性能の最適化を可
能にする。Another aspect of the present invention involves the use of the novel conductive metal substrate for bipolar batteries. This novel substrate possesses the necessary strength and rigidity while providing the corrosion resistance required for reasonably long cycle life and useful life.
Yet another aspect involves the use of multiple layers of positive electrode active material. Such use allows optimization of performance for particular applications.

【００１６】本発明のさらにもう１つの面は、高いペー
スト付着性を有するバイポーラ電池を達成する。この向
上は基材の適切な処理によって得られる。図１は本発明
の１つの原理的な面によるバイポーラ電池の１つの態様
の略図であり、中央の負極バイプレートは個々のプレー
トのサイズを大きくする必要なしに容量を２倍にするた
めに使用する（２つの１２ボルト電池を並列に提供）。
この態様において、バイポーラ電池は、同じ極性の活物
質層を有するユニポーラエンドプレート、１つの面に正
極活物質層と他の面に負極活物質層を有する一連のバイ
ポーラプレート、及びバイポーラプレートの間に位置
し、エンドプレートの極性と逆の極性の活物質層を両面
に有する中央のバイプレートを使用して組み立て、それ
によって電気的に並列に接続された２つの並列バイポー
ラ電池を提供する。Yet another aspect of the invention achieves a bipolar battery with high paste adhesion. This improvement is obtained by proper treatment of the substrate. FIG. 1 is a schematic diagram of one embodiment of a bipolar battery according to one principle aspect of the present invention, in which a central negative biplate is used to double capacity without having to increase the size of individual plates. (Provide two 12 volt batteries in parallel).
In this embodiment, the bipolar battery includes a unipolar end plate having an active material layer of the same polarity, a series of bipolar plates having a positive electrode active material layer on one surface and a negative electrode active material layer on the other surface, and a bipolar plate between the bipolar plates. Positioned and assembled using a central biplate with active material layers on opposite sides of the polarity of the endplates, thereby providing two parallel bipolar batteries electrically connected in parallel.

【００１７】このように、図１に示すように、各々のエ
ンドプレート10は導電性金属基材12とそれに付着した正
極活物質層14を含む。次いで必要な容量と特定の用途へ
の電圧を達成するために、所望のサイズを有するバイポ
ーラプレートを充分な数だけ用意する。示した図１にお
いては、１０枚のバイポーラプレート16を含む。各々の
バイポーラプレート16は、正極活物質20の層と導電性金
属基材18の反対側の面に付着した負極活物質22の層を有
する導電性金属基材18を含む。例示の態様におけるエン
ドプレート10は正極活物質層14を有するため、バイポー
ラプレートの負極活物質層22はエンドプレートの正極活
物質層14に向くように配置する。Thus, as shown in FIG. 1, each end plate 10 includes a conductive metal substrate 12 and a positive electrode active material layer 14 attached thereto. A sufficient number of bipolar plates of the desired size are then provided to achieve the required capacity and voltage for the particular application. In FIG. 1 shown, 10 bipolar plates 16 are included. Each bipolar plate 16 includes a conductive metal substrate 18 having a layer of positive electrode active material 20 and a layer of negative electrode active material 22 attached to the opposite surface of the conductive metal substrate 18. Since the end plate 10 in the illustrated embodiment has the positive electrode active material layer 14, the negative electrode active material layer 22 of the bipolar plate is arranged so as to face the positive electrode active material layer 14 of the end plate.

【００１８】例示のバイポーラ電池において、中央のバ
イプレート24は、容量を２倍にする目的で電気的に並列
に接続した２つの並列の電池に有効に分割し、また、中
央のバイプレート24は、エンドプレートが正極活物質の
層を有するため導電性金属基材28の両側の面に負極活物
質層26を有する。隣接したプレートの各々の対の間にセ
パレーター30を配置する。本発明のバイポーラ電池は通
常の液入(flooded) 鉛蓄電池、組換型鉛蓄電池、バルブ
調節型、シール型鉛蓄電池のいずれでもよく、公知のよ
うに、使用するセパレーターのタイプは電池の設計によ
って変わるであろう。これらのタイプの電池に適切な多
くセパレーターの材料が知られており、本発明のバイポ
ーラ電池に使用することができる。組換型(recombinan
t) 、バルブ調節型、シール型鉛蓄電池を所望とする場
合、模範的なセパレーターは極微小のガラスファイバー
マットから、合成繊維のマットやガラスファイバーと合
成繊維の混合マットまである。シール式の組換型バイポ
ーラ電池に使用するセパレーターの厚さは、公知のよう
に、所望の容量を達成するために入れるべき電解質の量
によるであろう。In the exemplary bipolar battery, the central biplate 24 is effectively divided into two parallel cells electrically connected in parallel for the purpose of doubling the capacity, and the central biplate 24 is Since the end plate has a layer of the positive electrode active material, the negative electrode active material layer 26 is provided on both sides of the conductive metal substrate 28. A separator 30 is placed between each pair of adjacent plates. The bipolar battery of the present invention may be a conventional flooded lead-acid battery, a recombinant lead-acid battery, a valve-regulated type, or a sealed lead-acid battery, and as is known, the type of separator used depends on the battery design. Will change. Many suitable separator materials are known for these types of batteries and can be used in the bipolar batteries of the present invention. Recombinant (recombinan
If t), valve regulated, sealed lead-acid batteries are desired, exemplary separators range from very small glass fiber mats to synthetic fiber mats and mixed glass fiber and synthetic fiber mats. The thickness of the separator used in the sealed recombinant bipolar battery will depend, as is known, on the amount of electrolyte that must be included to achieve the desired capacity.

【００１９】本発明は多様で柔軟な取り組みを提供し、
それにより中央のバイプレート、及び中央とエンドプレ
ートの間の向かい合った極性のバイポーラプレートの一
方又は両方とエンドプレートとを所望の性能特性を達成
する１つの構成に組み立てることができる。高効率の構
成の１つを図２に示しており、２つの交互に位置する中
央の負極バイプレート30と２つの中央の正極バイプレー
ト32が、中央の負極バイプレート30の１つに隣接した正
極エンドプレート34と中央の正極バイプレート32の１つ
に隣接した負極エンドプレート36を有する。エンドプレ
ートと中央の全ての隣接した組の間、及び中央のプレー
トの隣接した組の間に38と概略で示すように５つのバイ
ポーラプレートがあり、各々のバイポーラプレートは図
１について記したと同様である。この構造を正極ブスバ
ー40と負極ブスバー42で電気的に接続することにより、
プレートのサイズの増加を何ら必要とせずに容量を効率
的に５００％増加させた１２ボルトのバイポーラ電池が
提供される。The present invention provides a variety of flexible approaches,
This allows the central biplate and one or both of the opposite polarity bipolar plates between the central and end plates and the end plate to be assembled in one configuration to achieve the desired performance characteristics. One of the high efficiency configurations is shown in FIG. 2, where two alternating central negative biplates 30 and two central positive biplates 32 are adjacent to one of the central negative biplates 30. It has a positive electrode end plate 34 and a negative electrode end plate 36 adjacent to one of the central positive electrode biplates 32. Between the end plates and all adjacent pairs of central plates, and between adjacent pairs of central plates, there are five bipolar plates, as indicated schematically at 38, each bipolar plate being as described for FIG. Is. By electrically connecting this structure with the positive electrode bus bar 40 and the negative electrode bus bar 42,
A 12 volt bipolar battery is provided that has an efficient capacity increase of 500% without any increase in plate size.

【００２０】所望とする必要な容量と電圧は、本発明の
非常な多様性としてのエンドプレート、バイポーラプレ
ート、中央のバイプレートの適切な位置と選択により達
成することができ、また、各々のプレートに極めて望ま
しい導電性金属基材を使用することを可能にする。した
がって、導電性金属基材は、所望のプレートサイズの製
造を可能にするだけでなく（例、約６０〜６６平方イン
チまで）、高速の製造条件下で組み立て操作を受けるこ
とを可能にする強度と剛性を含む種々の特性を満足する
必要がある。また、導電性金属基材は有効寿命に必要な
適切な耐蝕性を提供する必要があり、適切な活物質ペー
ストの付着性を達成する必要がある。The desired capacity and voltage desired can be achieved by appropriate positioning and selection of the end plates, the bipolar plates, the central biplate as the great versatility of the invention, and the respective plates. Makes it possible to use highly desirable conductive metal substrates. Thus, the conductive metal substrate not only allows for the manufacture of the desired plate size (eg, up to about 60-66 square inches), but is also strong enough to undergo assembly operations under high speed manufacturing conditions. And it is necessary to satisfy various characteristics including rigidity. Further, the conductive metal substrate needs to provide appropriate corrosion resistance necessary for effective life, and it is necessary to achieve appropriate active material paste adhesion.

【００２１】本発明の１つの面にしたがって、バイポー
ラプレートに使用する導電性金属基材は多層金属基材を
含む。この目的のため、多層金属基材をＣ／Ａ／Ｂ／Ｄ
として、基材のＣ／Ａ側は正極活物質側に接しており、
一方Ｂ／Ｄ側は負極側に接する。適切な多層金属基材
は、公知のようにクラッディング又は電気メッキによっ
て得ることができる。外側層Ｄは純粋な鉛、純粋な錫、
又は所望により鉛蓄電池に適する任意の鉛合金である。
純粋な鉛層への適切な強度と剛性は他の金属層の存在に
より達成されるため、鉛合金は有用であるが概して使う
必要がないであろう。外側層Ｃは純粋な鉛、鉛合金、導
電性錫、チタン、又は酸化ルテニウム層であることがで
き、好ましくは被膜（例、Ｓｂ又はＦでドープ）であ
る。このような酸化物の適切な例はＳｎＯ2 、Ｔｉ
Ｏ2 、及び種々の酸化ルテニウム、即ちＲｕＯ、Ｒｕ2
Ｏ3 、Ｒｕ3 Ｏ4 、Ｒｕ3 Ｏ7 を含む。これらはドーピ
ング前の名目の組成である。理解できるように、Ｓｂを
ドーパントとして使用した場合、Ｓｂ原子はＳｎ、Ｔ
ｉ、又はＲｕ原子を置換する。Ｆをドーパントとして使
用した場合、Ｆ原子は酸素原子を置換する。導電性を提
供するかめに使用するドーパントの量は知られている。
正極側のＰｂ層（又は他のＣ層）の厚さは必要な有効寿
命により規定されるであろう。即ち、１年の有効寿命に
つき約０．００１５〜０．００３インチの厚さが必要で
あろう。層Ａはチタン又は錫である。基材の強度と剛性
を高める他に、層Ａの基本的機能は正極活物質側の不均
一な腐食を保護することである。有効寿命が正極側に位
置するＰｂ層の本質的に均一な腐食に帰着すれば必要な
いが、層Ａは、有効寿命を過度に下げることがあるＰｂ
層を通るピンホール等になる不均一な腐食の作用を最小
限にするために、極めて望ましい冗長性を提供する。金
属層Ｂは銅又は錫を含むことができ、層Ｄもまた錫の場
合、層Ｂは省略することができる。金属層Ａにチタンを
使用した場合、金属層Ｂは強度と剛性の提供の他に充電
のときに水素による攻撃からチタンを保護する。また、
使用のときの各々の金属層の間の結合を高めるために、
Ｐｂ／ＴｉとＰｂ／Ｃｕの間にＳｎ層を組み込むことが
望ましいことがある。In accordance with one aspect of the present invention, the conductive metal substrates used in bipolar plates include multi-layer metal substrates. For this purpose, the multilayer metal substrate is C / A / B / D
As the C / A side of the base material is in contact with the positive electrode active material side,
On the other hand, the B / D side is in contact with the negative electrode side. Suitable multilayer metal substrates can be obtained by cladding or electroplating as is known. The outer layer D is pure lead, pure tin,
Or, if desired, any lead alloy suitable for lead acid batteries.
Lead alloys are useful but generally need not be used, as adequate strength and stiffness for a pure lead layer is achieved by the presence of other metal layers. The outer layer C can be a pure lead, lead alloy, conductive tin, titanium, or ruthenium oxide layer, preferably a coating (eg, doped with Sb or F). Suitable examples of such oxides are SnO 2 , Ti
O 2 and various ruthenium oxides, namely RuO, Ru 2
It includes O 3 , Ru 3 O 4 , and Ru 3 O 7 . These are nominal compositions before doping. As can be understood, when Sb is used as a dopant, the Sb atom is Sn, T
Substitute i or Ru atom. When F is used as a dopant, the F atom replaces the oxygen atom. The amount of dopant used to provide conductivity is known.
The thickness of the Pb layer (or other C layer) on the positive electrode side will be defined by the required service life. That is, a thickness of about 0.0015 to 0.003 inches per year useful life would be required. Layer A is titanium or tin. Besides increasing the strength and rigidity of the substrate, the basic function of layer A is to protect against uneven corrosion on the side of the positive electrode active material. It is not necessary if the useful life results in essentially uniform corrosion of the Pb layer located on the positive electrode side, but layer A may reduce the useful life too much.
It provides a highly desirable redundancy to minimize the effects of uneven corrosion such as pinholes through the layers. Metal layer B can include copper or tin, and if layer D is also tin, layer B can be omitted. When titanium is used for the metal layer A, the metal layer B protects the titanium from attack by hydrogen during charging as well as providing strength and rigidity. Also,
To enhance the bond between each metal layer when in use,
It may be desirable to incorporate a Sn layer between Pb / Ti and Pb / Cu.

【００２２】中央の負極バイプレート(bi-negative pla
te) と負極エンドプレートについては耐腐食性は大きな
問題ではない。基本的な要求は前記の要求と同様であ
る。したがって、その基材には鉛又は鉛合金を使用する
ことができ、剛性や強度等のための銅や錫の層は有る又
は無いことがある。中央の正極バイプレート(bi-positi
ve plate) と正極エンドプレートに関して、導電性金属
基材はバイポーラプレートの正極側について確認した任
意のものであることができる。The central negative bi-plate
te) and the negative electrode end plate, corrosion resistance is not a major issue. The basic requirements are similar to the above requirements. Therefore, lead or lead alloy can be used for the base material, and there may or may not be a layer of copper or tin for rigidity and strength. Center positive biplate (bi-positi
ve plate) and the positive electrode end plate, the conductive metal substrate can be any of those identified on the positive electrode side of the bipolar plate.

【００２３】本発明のさらにもう１つの面にしたがっ
て、望ましい機械強度特性と高いペースト接着性を有す
る導電性金属基材は、鉛又は鉛合金の繊維又はメッシュ
複合材料を使用して達成する。１つの面にしたがうと、
正極側は使用する望ましい純粋な鉛又は鉛合金に少なく
とも部分的に埋封されたガラス繊維マットを含むことが
できる。このように、ガラス繊維は複合材料の片側のみ
に部分的に埋封又は両側に埋封することができる。基材
表面上の正極ペーストにとってガラス繊維が埋封されて
いることが好ましい。ガラス繊維は鉛又は鉛合金の基材
との組み合わせで必要な強度と剛性を提供することがで
き、マットの非埋封部分は活物質のペースト塗布後に結
合を高めることができる。バルブ調節型やシール型の鉛
蓄電池用セパレーターの製造に使用する極微細ガラス繊
維は適切なガラス繊維マットの例である。或いは、チタ
ン繊維又は二酸化チタンコートガラス繊維を使用するこ
ともできる。According to yet another aspect of the invention, a conductive metal substrate having desirable mechanical strength properties and high paste adhesion is achieved using a lead or lead alloy fiber or mesh composite material. According to one side,
The positive electrode side can include a glass fiber mat at least partially embedded in the desired pure lead or lead alloy used. Thus, the glass fibers can be partially embedded on one side of the composite material or embedded on both sides. Glass fibers are preferably embedded in the positive electrode paste on the surface of the base material. The glass fibers can provide the required strength and rigidity in combination with a lead or lead alloy substrate, and the non-embedded portion of the mat can enhance bonding after paste application of the active material. Ultrafine glass fibers used in the manufacture of valve regulated and sealed lead acid battery separators are examples of suitable glass fiber mats. Alternatively, titanium fibers or titanium dioxide coated glass fibers can be used.

【００２４】負極側について、鉛繊維又はメッシュ複合
材料を使用する場合、前記の任意の導電性金属基材を使
用することができる。また、活物質ペーストの接着性を
高めることができる表面を提供するように、鉛又は鉛合
金中に部分的に埋封した繊維を有する鉛又は鉛合金の複
合材料を使用することが望ましい。炭素繊維の使用は代
表的な例である。事実として、炭素繊維のような多少の
導電性を付与することができる繊維を使用することが極
めて望ましい。For the negative electrode side, when using lead fiber or mesh composite material, any of the conductive metal substrates described above can be used. It is also desirable to use a lead or lead alloy composite material with fibers partially embedded in lead or lead alloy to provide a surface that can enhance the adhesion of the active material paste. The use of carbon fiber is a typical example. In fact, it is highly desirable to use fibers that can impart some electrical conductivity, such as carbon fibers.

【００２５】各々の鉛−繊維の複合材料は公知の技術で
作成することができる。一般に、溶融した鉛又は鉛合金
を加圧して繊維層の中に浸透させ、次いで鉛の凝固が鉛
と繊維を結合する強度を提供することができる。その
後、別々の２つの基材を通常の技術を用いて一緒にロー
リングすることにより、別々の正極導電性金属基材と負
極金属基材を複合材料基材、例えばバイポーラプレート
に形成することができる。Each lead-fiber composite material can be made by known techniques. Generally, molten lead or lead alloy can be pressed into the fiber layer and solidification of the lead can then provide strength to bond the lead and the fiber. Thereafter, two separate substrates can be rolled together using conventional techniques to form separate positive electrode conductive metal substrates and negative electrode metal substrates into a composite substrate, such as a bipolar plate. .

【００２６】本発明によるさらに別の望ましい導電性金
属基材は、チタン又は銅のエキスパンドメッシュを埋封
した鉛又は鉛合金を含む。この複合材料もまた公知の技
術で作成することができる。前記の多層金属構造を採用
しない導電性金属基材を使用する場合、高い耐腐食性を
有する既知の任意の合金を鉛合金として使用することが
望ましいことがある。このタイプの適切な合金は、Rao
の米国特許出願第07/852803 号（1992年３月17日出願、
本発明の譲渡人に譲渡）に記載されている。Yet another preferred conductive metal substrate according to the present invention comprises lead or lead alloy embedded with an expanded mesh of titanium or copper. This composite material can also be made by known techniques. When using a conductive metal substrate that does not employ the multilayer metal structure described above, it may be desirable to use any known alloy with high corrosion resistance as the lead alloy. A suitable alloy of this type is Rao
U.S. Patent Application No. 07/852803 (filed March 17, 1992,
Assigned to the assignee of the present invention).

【００２７】本発明の導電性金属基材を使用することに
より、それぞれのエンドプレート、バイポーラプレー
ト、中央プレートは約６０〜９０平方インチの寸法まで
作成することができる。また、このようなプレートは、
要求される有効寿命や他の要請を満足するに必要な特性
を有することができる。本発明のさらに別の固有の面に
したがうと、使用する電池プレートはガス流路を組み込
み、プラスチックフレームを含む。この目的のため、図
３に示すように、本発明で用いるプレートの１つの好ま
しい態様はプラスチックフレーム44、フレームの中には
め込んだ導電性金属基材46、及び活物質層48を含む。活
物質層48は非連続であり、通気のためのガス流路50を提
供する。プレートの周囲をその中にはめ込んだ枠を有す
るプラスチックフレームの使用は、組み立てを容易にす
ることができる基準寸法の部品を可能にする。このよう
な基準寸法の部品の製造技術は知られており、使用が可
能である。ここで示したKumpらの係属中の特許出願（本
発明の譲渡人に譲渡）に記載のようなプレートの製造組
み立て法とバイポーラ電池の組み立て法を利用すること
が好ましい。By using the conductive metal substrate of the present invention, each end plate, bipolar plate, and center plate can be made to a size of about 60 to 90 square inches. Also, such a plate
It can have the properties required to meet the required useful life and other requirements. According to yet another unique aspect of the invention, the battery plate used incorporates a gas flow path and includes a plastic frame. To this end, as shown in FIG. 3, one preferred embodiment of the plate used in the present invention includes a plastic frame 44, a conductive metal substrate 46 embedded within the frame, and an active material layer 48. The active material layer 48 is discontinuous and provides a gas flow path 50 for ventilation. The use of a plastic frame with a frame fitted around the perimeter of the plate allows for dimensional parts that can be easily assembled. Techniques for manufacturing such standard-sized components are known and can be used. It is preferred to utilize the plate fabrication and bipolar battery assembly methods as described in the pending patent application by Kump et al. (Assigned to the assignee of the present invention) set forth herein.

【００２８】一般に、活物質の正極と負極のペースト
は、公知の通常の鉛蓄電池に使用されている多くのもの
のいずれでもよい。例えば、正極ペーストは３〜４．５
グラム／ｃｍ3 の密度であり、負極には３．５〜５．０
グラム／ｃｍ3 が有用である。実際に、本発明のバイポ
ーラ電池に使用することができるペースト密度は通常の
液入鉛蓄電池やバルブ調節鉛蓄電池に使用されて公知の
ものと同様である。Generally, the paste of the positive electrode and the negative electrode of the active material may be any of the many pastes used in known ordinary lead-acid batteries. For example, the positive electrode paste is 3 to 4.5.
The density is gram / cm 3 , and the negative electrode is 3.5 to 5.0.
Grams / cm 3 are useful. In fact, the paste densities that can be used in the bipolar battery of the present invention are the same as those known and used in ordinary liquid lead-acid batteries and valve regulated lead-acid batteries.

【００２９】ここで、本発明の好ましい面にしたがう
と、特定の用途への性能を最適化するために、正極活物
質について２層以上の活物質を使用する。この目的のた
め、図４に示すように、バイポーラプレートは導電性金
属基材54、負極活物質ペースト層56、正極活物質の高密
度ペースト層58、及び高密度層58と導電性金属基材54に
付着した低密度活物質層60を含む。Here, in accordance with a preferred aspect of the present invention, two or more layers of active material are used for the positive electrode active material to optimize performance for a particular application. To this end, as shown in FIG. 4, the bipolar plate includes a conductive metal substrate 54, a negative electrode active material paste layer 56, a positive electrode active material high density paste layer 58, and a high density layer 58 and a conductive metal substrate. A low density active material layer 60 attached to 54.

【００３０】上部の正極ペースト層60は典型的に内側層
より厚いことができ、物質利用を促進するように低密度
を有することができる。内部又は底の正極ペースト層58
は典型的に外側層より厚いことができ、導電性金属基材
54と活物質ペーストの間の界面接触を安定化するように
高密度を有するであろう。この仕方において、活物質の
充分な利用と良好なサイクル寿命の両方とも、ペースト
密度とそれぞれの層の厚さを調節することにより最適化
できる。代表的な例として、低密度ペースト層60は３．
５〜４．０グラム／ｃｍ3 の範囲の密度と約０．１イン
チの厚さを有することができ、一方で、内側ペースト層
58は約４．３〜４．５グラム／ｃｍ3 のの範囲の高密度
と約０．０２インチの厚さを有することができる。The upper positive electrode paste layer 60 can typically be thicker than the inner layer and can have a low density to facilitate material utilization. Inner or bottom positive electrode paste layer 58
Is typically thicker than the outer layer and is a conductive metal substrate
It will have a high density so as to stabilize the interfacial contact between 54 and the active material paste. In this way, both full utilization of the active material and good cycle life can be optimized by adjusting the paste density and the thickness of the respective layers. As a typical example, the low-density paste layer 60 is 3.
It can have a density in the range of 5-4.0 grams / cm 3 and a thickness of about 0.1 inches, while the inner paste layer
58 can have a high density in the range of about 4.3 to 4.5 grams / cm 3 and a thickness of about 0.02 inches.

【００３１】本発明の別な面は好ましい硬化方法を含
む。それぞれのプレートに活物質をペースト塗布した後
プラスチックフィルム等で覆い、鉛基材表面上で腐食層
の成長を誘発するに充分な期間、ペースト塗布したプレ
ートを室温で保存することが好ましい。その後プレート
を約１日間までの長期間にわたり高温でプレートを硬化
させ、その後２００°Ｆ以上の温度で約１時間スチーム
硬化させる。次いで得られたプレートを周囲温度で乾燥
することができる。硬化プロセスは、最終的に正極ペー
スト中の四塩基性硫酸鉛の形態になるであろう。Another aspect of the present invention involves a preferred curing method. It is preferable that each plate is coated with a paste of the active material and then covered with a plastic film or the like, and the paste-coated plates are stored at room temperature for a period sufficient to induce the growth of a corrosion layer on the surface of the lead substrate. The plate is then cured at elevated temperature for an extended period of time up to about 1 day and then steam cured at a temperature of 200 ° F or higher for about 1 hour. The resulting plate can then be dried at ambient temperature. The curing process will eventually be in the form of tetrabasic lead sulfate in the positive electrode paste.

【００３２】使用する硫酸電解質は、用途が液入バイポ
ーラ電池又はバルブ調節シール型バイポーラ電池であっ
ても、特定の用途に望まれる比重を有することができ
る。処方技術は公知であり、所望のように利用すること
ができる。組み立てた電池中の適切なガス抜きは、バル
ブ調節電池を使用したい場合、ブンゼンバルブ等を用意
することができ、公知のように約３〜５ｐｓｉｇ程度ま
での内部圧力に維持することができる。The sulfuric acid electrolyte used can have the specific gravity desired for a particular application, whether the application is a liquid-filled bipolar battery or a valve regulated sealed bipolar battery. Prescription techniques are well known and can be utilized as desired. Proper degassing of the assembled battery can be provided with a Bunsen valve or the like if a valve regulated battery is desired, and can be maintained at an internal pressure of up to about 3-5 psig, as is known.

【００３３】鉛又は鉛合金の繊維又はメッシュ複合材料
以外の導電性金属基材を使用する場合、本発明の別な面
は活物質をペースト塗布する鉛又は鉛合金の表面を好ま
しくは機械的又は化学的に研磨する。導電性金属基材を
１対のナールドローラーに通すことにより表面を機械的
に研磨することが適切であると分かっている。得られる
研磨した導電性金属基材は、特に好ましいペースト硬化
プロセスと共に用いた場合、適切なペースト接着性を有
することが見出されている。If a conductive metal substrate other than a lead or lead alloy fiber or mesh composite material is used, another aspect of the invention is that the lead or lead alloy surface onto which the active material is paste coated is preferably mechanical or Chemically polish. It has been found suitable to mechanically polish the surface by passing the conductive metal substrate through a pair of Knurled rollers. The resulting polished conductive metal substrate has been found to have suitable paste adhesion when used with a particularly preferred paste hardening process.

【００３４】次の例は例証のためであり、本発明を限定
するものではない。The following examples are illustrative and not limiting of the invention.

【００３５】[0035]

【実施例】例１ この例は、多層金属基材を用いたバイポーラ電池の製造
及び試験における本発明の実施を示す。各々のプレート
に使用した導電性金属基材は、０．００２”Ｐｂ／０．
００２”Ｔｉ／０．００８”Ｃｕ／０．００２”Ｐｂで
あった。６つのバイポーラ電層を組み立てた。正極エン
ドプレートは基材のチタン側に正極ペーストを使用し、
負極エンドプレートは基材の銅側に負極ペーストを有し
た。電池のサイズは１．６”×１．６”×１”であり、
電極表面積は１．２５”×１．２５”であった。正極エ
ンドプレートと各々のバイポーラプレートの正極側の正
極物質の厚さは０．０３”であり、１つのプレートあた
りの正極物質の重さは３．３２グラムであり、活物質密
度は４．３２グラム／ｃｍ3 であった。負極エンドプレ
ートと各々のバイポーラプレートの活物質の厚さは０．
０３”であり、１つのプレートあたりの負極活物質の重
さは３．０９グラムであり、活物質密度は４．０２グラ
ム／ｃｍ3 であった。 EXAMPLE 1 This example illustrates the practice of the invention in the manufacture and testing of a bipolar battery using a multi-layer metal substrate. The conductive metal substrate used for each plate was 0.002 "Pb / 0.
It was 002 "Ti / 0.008" Cu / 0.002 "Pb. Six bipolar layers were assembled. The positive electrode end plate used the positive electrode paste on the titanium side of the substrate,
The negative electrode end plate had a negative electrode paste on the copper side of the substrate. The size of the battery is 1.6 "x 1.6" x 1 ",
The electrode surface area was 1.25 "x 1.25". The thickness of the cathode end plate and the cathode material on the cathode side of each bipolar plate was 0.03 ″, the weight of the cathode material per plate was 3.32 grams, and the active material density was 4.32. grams / cm was 3. the thickness of the active material of the negative electrode end plate and each of the bipolar plates 0.
The weight of the negative electrode active material per plate was 3.09 grams, and the active material density was 4.02 grams / cm 3 .

【００３６】使用したセパレーターは９０〜９５％の気
孔率を有し、厚さは圧縮前が０．０６７”で圧縮後が
０．０６”のガラス繊維マットであった。電解質用の硫
酸の比重は１．２７であり、２．４２グラムの電解質を
１つの電槽に入れた。採用した硬化方法として、ペース
ト塗布した後、薄いプラスチックフィルムでゆるく覆
い、室温で７日間保存した。その後、ペーストを１２２
°Ｆで１日間硬化させ、次いで２３０°Ｆで１時間スチ
ーム硬化させた。次いでペーストを室温で乾燥した。The separator used was a glass fiber mat having a porosity of 90-95% and a thickness of 0.067 "before compression and 0.06" after compression. The specific gravity of sulfuric acid for the electrolyte was 1.27 and 2.42 grams of electrolyte was placed in one battery case. As the curing method adopted, after applying the paste, it was loosely covered with a thin plastic film and stored at room temperature for 7 days. Then paste 122
It was cured at ° F for 1 day and then steam cured at 230 ° F for 1 hour. The paste was then dried at room temperature.

【００３７】形成した後、得られた電池を７８°Ｆにて
１アンペア〜１０アンペアの範囲の速度で放電させた。
これらの放電サイクル下での電力密度を図５に示す。結
果は試験したバイポーラ鉛蓄電池の実用性を例証する。After formation, the resulting cell was discharged at 78 ° F. at a rate in the range of 1 amp to 10 amps.
The power density under these discharge cycles is shown in FIG. The results demonstrate the practicality of the tested bipolar lead acid batteries.

【００３８】例２ この例は、実験用原型１２ボルトバルブ調節二鉛蓄電池
の作成と試験における本発明の実施を例証する。バイポ
ーラ電池の構造は図１に示したと同様である。電池の全
体の寸法は１１”×８”×１．７５”であり、重さは２
６．５ポンドであった。使用した導電性金属基材は鉛シ
ートであった。正極端子とエンドプレートとして役立つ
ため、各々のプレートは厚さ０．０３”の銅を鉛メッキ
した銅を含んだ。負極端子は厚さ０．０６３”の銅を鉛
メッキした銅を含んだ。 Example 2 This example illustrates the practice of the invention in making and testing an experimental prototype 12 volt bulb regulated dilead battery. The structure of the bipolar battery is similar to that shown in FIG. The overall size of the battery is 11 "x 8" x 1.75 "and weighs 2
It was 6.5 pounds. The conductive metal substrate used was a lead sheet. Each plate contained lead-plated copper with a thickness of 0.03 "to serve as the positive terminal and end plate. The negative electrode contained lead-plated copper with a thickness of 0.063".

【００３９】２つのエンドプレート、１つの中央の負極
バイプレート、１０のバイポーラプレートを使用し、各
々は約８８平方インチの面積を有し、純粋な鉛基材は
０．０２９”の厚さを有した。各々のプレートは６０平
方インチの正極活物質と負極活物質の両方を有し、活物
質は図３に示すようにガス流路を有する３つの離れた部
分に分割した。約１０３グラムの正極活物質のペースト
を１つのプレートあたりに提供し、厚さ０．０３３”と
した。同様に、約１２０グラムの負極活物質のペースト
を１つのプレートあたりに提供し、厚さ０．０３３”と
した。正極活物質ペーストの密度は３．６グラム／ｃｍ
3 であり、負極活物質ペーストの密度は４．３５グラム
／ｃｍ3 であった。Two end plates, one central negative biplate, and ten bipolar plates were used, each having an area of about 88 square inches, and the pure lead substrate had a thickness of 0.029 ". Each plate had 60 square inches of both positive and negative electrode active material, and the active material was divided into three separate parts with gas channels as shown in Figure 3. About 103 grams The positive electrode active material paste of was provided per plate to a thickness of 0.033 ″. Similarly, about 120 grams of the negative electrode active material paste was provided per plate to a thickness of 0.033 ″. The positive electrode active material paste had a density of 3.6 grams / cm.
3 , and the density of the negative electrode active material paste was 4.35 g / cm 3 .

【００４０】使用したセパレーターは圧縮前で約０．０
３５”の厚さであり、通常のバルブ調節シール型鉛蓄電
池に使用される市販のポリエステル／ガラスマットセパ
レーターであった。各々のセパレーターは１平方インチ
あたり重さ０．０９９グラムであり、寸法は１０．５”
×６．５”×０．０３５”であった。バルブ調節はこの
目的のために市販されているゴム製かさ形バルブを用い
て行った。The separator used was about 0.0 before compression.
It was 35 "thick and was a commercial polyester / glass mat separator used in conventional bulb regulated sealed lead acid batteries. Each separator weighed 0.099 grams per square inch and had dimensions. 10.5 "
It was x 6.5 "x 0.035". Valve adjustments were made using a rubber umbrella valve that is commercially available for this purpose.

【００４１】電解質は比重１．２８の硫酸を含んだ。８
５立方ｃｍ3 の電解質を１つの電槽につき加えた。組み
立てた電池を−２０°Ｆ〜８０°Ｆの温度で放電に供し
た。時間に対する電池電圧と電力出力の曲線を図６に示
す。この例は本発明の電池の可変性を示していると考え
られる。The electrolyte contained sulfuric acid with a specific gravity of 1.28. 8
5 cubic cm 3 of electrolyte was added per cell. The assembled battery was subjected to discharge at a temperature of -20 ° F to 80 ° F. A curve of the battery voltage and the power output with respect to time is shown in FIG. This example is believed to demonstrate the variability of the batteries of the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明によるバイポーラ鉛蓄電池の１つの態様
の略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of one embodiment of a bipolar lead acid battery according to the present invention.

【図２】本発明の別な態様の略図であり、最小の体積の
要求において容量のかなりの増加を得るための構成デザ
インを示す。FIG. 2 is a schematic diagram of another aspect of the present invention, showing a structural design for obtaining a significant increase in capacity at minimum volume requirements.

【図３】本発明の１つの態様によるバイポーラプレート
の略図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a bipolar plate according to one aspect of the invention.

【図４】多層の正ペーストを有するバイポーラ電池の好
ましいプレートの略図である。FIG. 4 is a schematic diagram of a preferred plate for a bipolar battery having multiple layers of positive paste.

【図５】時間と電力密度のグラフであり、新規な導電性
金属基材を使用した本発明のバイポーラ電池の、種々の
放電速度における試験結果を示す。FIG. 5 is a graph of time vs. power density showing the test results of the inventive bipolar battery using the novel conductive metal substrate at various discharge rates.

【図６】放電時間に対する電池電圧と電力出力のグラフ
であり、本発明のもう１つの態様のバイポーラ電池の、
種々の温度での種々の放電速度における試験結果を示
す。FIG. 6 is a graph of battery voltage vs. power output versus discharge time of a bipolar battery of another aspect of the invention,
The test results at different discharge rates at different temperatures are shown.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１０…エンドプレート １２…導電性金属基材 ２４…中央のバイプレート ３０…負極バイプレート ４８…活物質層 ６０…低密度活物質層 10 ... End plate 12 ... Conductive metal substrate 24 ... Central biplate 30 ... Negative electrode biplate 48 ... Active material layer 60 ... Low density active material layer

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 バイポーラプレートを有し、予定の有効
寿命のバイポーラ鉛蓄電池であって、Ｃ／Ａ／Ｂ／Ｄと
して定義される多層金属基材を含み、Ｃ層は付着した正
極活物質を有し、Ｄ層は付着した負極活物質を有し、Ｃ
は鉛、鉛合金、導電性錫、チタン又はルテニウムの酸化
物からなる群より選択された部材であり、予定の有効寿
命を満足させるに適切な厚さを有し、Ａはチタンと錫か
らなる群より選択された部材であり、Ｂは銅と錫からな
る群より選択された部材であり、Ｄは鉛、鉛合金、錫か
らなる群より選択された部材であるバイポーラ鉛蓄電
池。1. A bipolar lead acid battery having a bipolar plate and having a predetermined useful life, comprising a multi-layer metal substrate defined as C / A / B / D, wherein the C layer comprises an attached positive electrode active material. And D layer has an attached negative electrode active material, C
Is a member selected from the group consisting of lead, lead alloys, conductive tin, titanium or ruthenium oxides, and has a thickness suitable for satisfying the expected useful life, and A is titanium and tin A bipolar lead acid battery, which is a member selected from the group, B is a member selected from the group consisting of copper and tin, and D is a member selected from the group consisting of lead, lead alloys, and tin. 【請求項２】 Ｃは鉛、Ａはチタン、Ｂは銅、Ｄは鉛で
ある請求項１に記載のバイポーラ鉛蓄電池。2. The bipolar lead acid battery according to claim 1, wherein C is lead, A is titanium, B is copper, and D is lead. 【請求項３】 該電池がシール型電池である請求項１に
記載のバイポーラ鉛蓄電池。3. The bipolar lead acid battery according to claim 1, wherein the battery is a sealed battery. 【請求項４】 Ｃ層が予定有効寿命の１年につき約０．
００１５〜約０．００３インチの厚さを有する請求項１
に記載のバイポーラ鉛蓄電池。4. The C layer has about 0.
The thickness of 0015 to about 0.003 inches.
Bipolar lead-acid battery described in. 【請求項５】 Ｄが錫であり、Ｂ層を省略した請求項１
に記載のバイポーラ鉛蓄電池。5. The method according to claim 1, wherein D is tin and the B layer is omitted.
Bipolar lead-acid battery described in. 【請求項６】 ＣがＳｂ又はＦをドーピングした錫、チ
タン、又は酸化ルテニウムの導電性フィルムである請求
項１に記載のバイポーラ鉛蓄電池。6. The bipolar lead acid battery according to claim 1, wherein C is a conductive film of tin, titanium, or ruthenium oxide doped with Sb or F. 【請求項７】 バイポーラプレートを有するバイポーラ
鉛蓄電池であって、バイポーラプレートは導電性金属基
材−繊維又はメッシュの複合材料を含み、１つの表面は
付着した正極活物質の層を有し、ガラス、チタン、二酸
化錫被覆ガラス、銅よりなる群から選択された繊維マッ
ト又はメッシュをバイポーラプレートの中に部分的に埋
封したバイポーラ鉛蓄電池。7. A bipolar lead acid battery having a bipolar plate, wherein the bipolar plate comprises a conductive metal substrate-fiber or mesh composite material, one surface of which has a layer of positive electrode active material attached thereto, and a glass. A bipolar lead acid battery in which a fiber mat or mesh selected from the group consisting of titanium, tin dioxide coated glass and copper is partially embedded in a bipolar plate. 【請求項８】 複合材料の他の表面が付着した負極活物
質層を有する請求項７に記載のバイポーラ鉛蓄電池。8. The bipolar lead acid battery according to claim 7, further comprising a negative electrode active material layer having another surface of the composite material attached thereto. 【請求項９】 該電池がシール型バイポーラ鉛蓄電池で
ある請求項７に記載のバイポーラ鉛蓄電池。9. The bipolar lead acid battery according to claim 7, wherein the battery is a sealed bipolar lead acid battery. 【請求項１０】 所望の電圧と容量を有するバイポーラ
鉛蓄電池であって、正極活物質又は負極活物質の層を付
着したエンドプレートのセット、及び１つの表面に正極
活物質層を付着してもう１つの表面に負極活物質を付着
した一連のバイポーラプレートを含み、エンドプレート
に付着した活物質の極性と反対の極性の活物質の層を該
エンドプレートに向けてエンドプレートのセットの間に
活物質の層を配置し、さらにエンドプレートの活物質層
の極性と反対の極性の活物質を両方の表面に有して該バ
イポーラプレートの間に配置した少なくとも１つの中央
のバイプレートを含み、バイポーラプレートと中央バイ
プレートの数は電池の所望の電圧と容量を提供するよう
に選択し、さらに反対の極性の活物質層の隣の層の間に
配置したセパレーターを含むバイポーラ鉛蓄電池。10. A bipolar lead acid battery having a desired voltage and capacity, comprising a set of end plates having a layer of a positive electrode active material or a negative electrode active material attached thereto, and a positive electrode active material layer attached to one surface of the end plate. It includes a series of bipolar plates with a negative electrode active material deposited on one surface, and a layer of active material having a polarity opposite to that of the active material deposited on the end plates is directed toward the end plates between the sets of end plates. A bipolar layer disposed between the bipolar plates having a layer of material disposed thereon and having an active material having a polarity opposite to that of the active material layer of the end plate on both surfaces. The number of plates and central biplate are selected to provide the desired voltage and capacity of the cell, and a separator placed between the layers next to the active material layers of opposite polarity. Bipolar lead-acid battery including 【請求項１１】 該電池がシール型鉛蓄電池である請求
項１０に記載のバイポーラ鉛蓄電池。11. The bipolar lead acid battery according to claim 10, wherein the battery is a sealed lead acid battery. 【請求項１２】 該エンドプレート、バイポーラプレー
ト、中央バイプレートがそれぞれ導電性金属基材を含む
請求項１０に記載のバイポーラ鉛蓄電池。12. The bipolar lead acid battery according to claim 10, wherein the end plate, the bipolar plate, and the central biplate each include a conductive metal base material. 【請求項１３】 バイポーラプレートはＣ／Ａ／Ｂ／Ｄ
として定義される多層金属基材を含み、Ｃ層は付着した
正極活物質を有し、Ｄ層は付着した負極活物質を有し、
Ｃは鉛、鉛合金、導電性錫、チタン又はルテニウムの酸
化物からなる群より選択された部材であり、Ａはチタン
と錫からなる群より選択された部材であり、Ｂは銅と錫
からなる群より選択された部材であり、Ｄは鉛、鉛合
金、錫からなる群より選択された部材である請求項１２
に記載のバイポーラ鉛蓄電池。13. The bipolar plate is C / A / B / D
A multi-layer metal substrate defined as wherein C layer has attached positive electrode active material and D layer has attached negative electrode active material,
C is a member selected from the group consisting of lead, lead alloys, conductive tin, titanium or ruthenium oxides, A is a member selected from the group consisting of titanium and tin, and B is a member selected from copper and tin. The member selected from the group consisting of: D, and the member D selected from the group consisting of lead, a lead alloy, and tin.
Bipolar lead-acid battery described in. 【請求項１４】 バイポーラプレートは導電性金属基材
−繊維又はメッシュの複合材料を含み、１つの表面は付
着した正極活物質層を有し、ガラス、チタン、二酸化錫
被覆ガラス、銅よりなる群から選択された繊維又はメッ
シュをバイポーラプレートの中に部分的に埋封した請求
項１２に記載のバイポーラ鉛蓄電池。14. A bipolar plate comprising a conductive metal substrate-fiber or mesh composite material, one surface of which has an attached positive electrode active material layer, the group consisting of glass, titanium, tin dioxide coated glass, copper. The bipolar lead acid battery according to claim 12, wherein a fiber or mesh selected from the above is partially embedded in the bipolar plate. 【請求項１５】 バイポーラプレートを有するバイポー
ラ鉛蓄電池であって、１つの表面上に負極活物質層を有
し、他の表面上に正極活物質の少なくとも１つの外側層
と内側層を有する導電性金属基材を含み、外側層の密度
は内側層に比較して低く、正極活物質の内側層は導電性
金属基材の１つの表面に付着して正極活物質の外側層と
導電性金属基材との接着を安定化するような密度を有す
るバイポーラ鉛蓄電池。15. A bipolar lead acid battery having a bipolar plate, having a negative electrode active material layer on one surface and at least one outer layer and an inner layer of a positive electrode active material on the other surface. The outer layer has a density lower than that of the inner layer, and the inner layer of the positive electrode active material adheres to one surface of the conductive metal substrate to include the metal substrate and the outer layer of the positive electrode active material and the conductive metal group. Bipolar lead-acid battery with a density that stabilizes the adhesion to the material. 【請求項１６】 内側層が約４．３〜４．５グラム／ｃ
ｍ3 の範囲の密度を有し、外側層が約３．５〜４．０グ
ラム／ｃｍ3 の範囲の密度を有する請求項１５に記載の
バイポーラ鉛蓄電池。16. The inner layer has a thickness of about 4.3 to 4.5 grams / c.
The bipolar lead acid battery of claim 15, having a density in the range of m 3 and the outer layer having a density in the range of about 3.5 to 4.0 grams / cm 3 . 【請求項１７】 バイポーラプレートを有するバイポー
ラ鉛蓄電池であって、上面と低面と中央開口領域を有し
て周辺縁取材を形成するプラスチックフレーム、プラス
チックフレームに収められた導電性金属基材及び中央開
口領域の覆い、導電性金属基材の表面上の負極活物質
層、及び導電性金属基材の他の表面上の正極活物質層を
含み、活物質の各々の層は非連続であって周辺縁取材の
低面付近から上面に走る間隔のある複数の流路を有する
バイポーラ鉛蓄電池。17. A bipolar lead acid battery having a bipolar plate, wherein the plastic frame has a top surface, a lower surface and a central opening area to form a peripheral edging material, a conductive metal substrate contained in the plastic frame and a center. A cover of the open area, a negative electrode active material layer on the surface of the conductive metal substrate, and a positive electrode active material layer on the other surface of the conductive metal substrate, each layer of active material being non-continuous. A bipolar lead acid battery having a plurality of flow paths running from the lower surface of the peripheral edging material to the upper surface. 【請求項１８】 バイポーラ鉛蓄電池用のバイポーラプ
レートを硬化させる方法であって、バイポーラプレート
に適切な活物質をペースト塗布し、該ペースト塗布した
プレートにプラスチックフィルムを覆って鉛基材表面上
に腐食層の成長を誘発するに充分な時間まで周囲温度で
保存し、高温にて充分な時間までプレートを硬化させ、
次いで２００°Ｆ以上の温度で約１時間までスチーム硬
化し、次いで周囲温度でプレートを乾燥するバイポーラ
プレートの硬化方法。18. A method of curing a bipolar plate for a bipolar lead acid battery, comprising applying a suitable active material to the bipolar plate with a paste, covering the plastic film with the paste-coated plate, and corroding the surface of the lead base material. Store at ambient temperature for sufficient time to induce layer growth, cure plate at elevated temperature for sufficient time,
A method of curing a bipolar plate, which is then steam cured at a temperature of 200 ° F or higher for about 1 hour and then dried at ambient temperature.
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